KR101034471B1 - 엑스레이 검출기 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
신뢰성을 향상시킬 수 있는 엑스레이 검출기 및 이의 제조 방법이 개시되어 있다. 엑스레이 검출기는 광전 변환 기판, 보호막 및 신틸레이터층을 포함한다. 광전 변환 기판은 박막 트랜지스터부 및 광전 변환부를 포함한다. 보호막은 광전 변환 기판의 표면에 형성된다. 신틸레이터층은 보호막 상에 형성되며, 외부로부터 입사되는 엑스레이(X-ray)를 가시광으로 변환시키는 나노 입자들을 포함한다. 이와 같이, 나노 입자를 포함하는 신틸레이터층을 사용함으로써, 엑스레이 검출기의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 엑스레이(X-ray) 검출기 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 엑스레이로 피사체를 찍은 영상을 검출하기 위해 사용되는 엑스레이 검출기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
종래 의학용으로 널리 사용되고 있는 진단용 엑스레이 검사 방법은 엑스레이 감지 필름을 사용하여 촬영하고, 그 결과를 알기 위해 소정의 필름 인화 시간을 거쳐야 했다. 그러나, 근래에 들어서 반도체 기술의 발전에 힘입어 박막 트랜지스터와 광전 변환소자를 이용한 디지털 엑스레이 검출기가 개발되었다.
이러한 디지털 엑스레이 검출기는 광전 변환 기판을 구비하며, 광전 변환 기판에는 복수의 박막 트랜지스터와 광전 변환소자가 매트릭스 형상으로 배열되어 있다. 이때, 광전 변환소자는 예를 들어, p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n형 반도체층을 포함하는 광 다이오드 또는 전하결합소자(Charge Coupled Device : CCD) 등으로 형성될 수 있다. 한편, 광전 변환 기판 상에는 엑스레이를 가시광으로 변환시키기 위한 신틸레이터(scintillator)층이 형성된다.
이러한 광전 변환 기판을 갖는 엑스레이 검출기는 외부로부터 조사되는 엑스레이를 신틸레이터층에서 일단 가시광으로 변환하고, 가시광에 의해 광전 변환소자에서 생성되는 전자를 바이어스 전압을 인가하여 외부로 전달함으로써 엑스레이를 아날로그 전기 신호로 변환하게 되며, 화소 별로 다르게 나타나는 아날로그 전기 신호를 AD 컨버터를 통해 디지털 전기 신호로 변환하여 최종적으로 표시장치에서 디지털 이미지를 표시하게 된다.
이와 같은 엑스레이 검출기는, 광전 변환소자의 광전변환 효율과 엑스레이를 가시광으로 변환시키는 신틸레이터층의 효율 등에 따라 특성이 좌우된다. 특히, 신틸레이터층의 가시광 변환 효율에 따라 광전 변환소자로 입사되는 가시광의 광량이 결정되므로, 엑스레이 검출기의 특성향상을 위해서는 신틸레이터층의 효율을 향상시키는 것이 무엇보다 중요하며, 이에 대한 연구가 진행되고 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 요구를 감안한 것으로써, 본 발명은 신틸레이터층의 효율을 향상시켜 제품의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 엑스레이 검출기를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 엑스레이 검출기의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 엑스레이 검출기는 광전 변환 기판, 보호막 및 신틸레이터층을 포함한다. 상기 광전 변환 기판은 박막 트랜지스터부 및 광전 변환부를 포함한다. 상기 보호막은 상기 광전 변환 기판의 표면에 형성된다. 상기 신틸레이터층은 상기 보호막 상에 형성되며, 외부로부터 입사되는 엑스레이(X-ray)를 가시광으로 변환시키는 나노 입자들을 포함한다.
상기 신틸레이터층은 투명 수지 내에 상기 나노 입자들이 혼합된 구조를 가질 수 있다. 상기 나노 입자는 요드화 세슘(CsI) 또는 가돌리늄 황산화물(GOS)을 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터부는, 게이트 라인, 제1 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인, 및 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 둘러싸인 화소 영역에 형성되어 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결되는 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 광전 변환부는, 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 하부 전극, 상기 하부 전극 상에 형성된 n형 실리콘층, 상기 n형 실리콘층 상에 형성된 진성 실리콘층, 상기 진성 실리콘층 상에 형성된 p형 실리콘층 및 상기 p형 실리콘층 상에 형성된 상부 전극을 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는, 상기 게이트 라인과 연결된 게이트 전극, 상기 제1 절연막의 상부에 상기 게이트 전극과 중첩되도록 형성된 액티브, 상기 데이터 라인과 연결되고 상기 액티브층의 상부까지 연장된 소오스 전극, 및 상기 액티브층 상부에서 상기 소오스 전극과 이격되고 상기 하부 전극과 전기적으로 연결된 드레인 전극을 포함할 수 있다.
상기 광전 변환 기판은, 상기 박막 트랜지스터부 및 상기 광전 변환부를 커버하는 제2 절연막 및 상기 제2 절연막 상에 형성되며 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되는 바이어스 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 광전 변환 기판은 상기 제2 절연막 상에 형성된 유기막을 더 포함할 수 있다. 상기 유기막의 표면에는 마이크로 렌즈 패턴이 형성될 수 있다.
상기 엑스레이 검출기는 신틸레이터층의 상부에 형성되는 반사막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 엑스레이 검출기의 제조 방법에 따르면, 박막 트랜지스터부 및 광전 변환부를 포함하는 광전 변환 기판을 형성한 후, 상기 광전 변환 기판의 표면에 보호막을 형성하고, 상기 보호막 상에 외부로부터 입사되는 엑스레이(X-ray)를 가시광으로 변환시키는 나노 입자들을 갖는 신틸레이터층을 형성한다. 상기 나노 입자는 요드화 세슘(CsI) 또는 가돌리늄 황산화물(GOS)을 포함할 수 있다.
상기 광전 변환 기판을 형성하기 위해, 게이트 라인, 제1 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인, 및 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터를 포함하는 상기 박막 트랜지스터부를 형성한다. 또한, 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되고, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 둘러싸인 화소 영역에 형성되는 상기 광전 변환부를 형성한다.
상기 광전 변환부를 형성하기 위해, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 하부 전극을 형성하고, 상기 하부 전극 상에 n형 실리콘층을 형성하고, 상기 n형 실리콘층 상에 진성 실리콘층을 형성하고, 상기 진성 실리콘층 상에 p형 실리콘층을 형성하고, 상기 p형 실리콘층 상에 상부 전극을 형성한다.
상기 광전 변환 기판을 형성하기 위해, 상기 박막 트랜지스터부 및 상기 광전 변환부를 커버하는 제2 절연막을 형성할 수 있으며, 상기 제2 절연막 상에 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되는 바이어스 라인을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2 절연막 상에 유기막을 형성할 수 있다. 더욱이, 상기 유기막의 표면에 마이크로 렌즈 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 신틸레이터층의 상부에 반사막을 더 형성할 수 있다.
이와 같은 엑스레이 검출기 및 이의 제조 방법에 따르면, 엑스레이를 가시광으로 변환시키는 나노 입자를 갖는 신틸레이터층을 사용함으로써, 엑스레이 검출기의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 광전 변환부의 상부에 형성되는 유 기막의 표면에 마이크로 렌즈 패턴을 형성함으로써, 광전 변환부로 입사되는 광량을 증가시켜 광전 효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 또는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출기를 나타낸 평면도이며, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 기(100)는 광전 변환 기판(200), 보호막(110) 및 신틸레이터층(120)을 포함한다.
광전 변환 기판(200)은 유리 또는 플라스틱 등의 투명하고 절연성을 갖는 기판(210) 상에 형성된 박막 트랜지스터부(220) 및 광전 변환부(230)를 포함한다.
박막 트랜지스터부(220)는 게이트 라인(221), 데이터 라인(222) 및 박막 트랜지스터(223)를 포함할 수 있다.
게이트 라인(221)은 기판(210) 상에 형성된다. 예를 들어, 게이트 라인(221)은 가로 방향으로 연장되어 화소 영역의 상측과 하측을 정의한다.
데이터 라인(222)은 제1 절연막(224)을 사이에 두고 게이트 라인(221)과 교차되게 형성된다. 예를 들어, 데이터 라인(222)은 세로 방향으로 연장되어 화소 영역의 좌측과 우측을 정의한다.
박막 트랜지스터(223)는 게이트 라인(221)과 데이터 라인(222)에 둘러싸인 화소 영역에 형성되며, 게이트 라인(221) 및 데이터 라인(222)과 전기적으로 연결된다.
박막 트랜지스터(223)는 게이트 라인(221)과 연결된 게이트 전극(223a), 제1 절연막(224) 상부에 게이트 전극(223a)과 중첩되도록 형성된 액티브층(225), 데이터 라인(222)과 연결되고 액티브층(225)의 상부까지 연장된 소오스 전극(223b), 및 액티브층(225) 상부에서 소오스 전극(223b)과 이격되 드레인 전극(223c)을 포함한다.
게이트 전극(223a)은 박막 트랜지스터(223)의 게이트 단자를 구성한다. 게이트 전극(223a)은 게이트 라인(221)과 동일한 금속층으로부터 형성될 수 있다.
제1 절연막(224)은 게이트 라인(221) 및 게이트 전극(223a)을 커버하도록 기판(210) 상에 형성된다. 제1 절연막(224)은 게이트 라인(221) 및 게이트 전극(223a)을 보호하고 절연시키기 위한 절연막으로써, 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(SiNx) 또는 실리콘 옥사이드(SiOx) 등으로 형성된다.
액티브층(225)은 제1 절연막(224) 상에 게이트 전극(223a)과 적어도 일부가 중첩되도록 형성된다. 액티브층(225)은 제1 절연막(224) 상에 형성된 반도체층(225a) 및 반도체층(225a) 상에 형성된 오믹 콘택층(225b)을 포함할 수 있다. 반도체층(225a)은 박막 트랜지스터(223)에서 실질적으로 전류가 흐르는 채널을 형성하는 층으로, 예를 들어, 비정질 실리콘으로 형성된다. 오믹 콘택층(225b)은 반도체층(225a)과 소오스 전극(223b) 및 드레인 전극(223c) 사이에 형성된다. 오믹 콘택층(225b)은 반도체층(225a)과 소오스 전극(223b) 및 드레인 전극(223c)간의 접촉 저항을 감소시키기 위한 층으로, n형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘으로 형성된다. 한편, 반도체층(225a) 및 오믹 콘택층(225b)은 비정질 실리콘 대신 미세결정질 실리콘으로 형성될 수도 있다.
소오스 전극(223b) 및 드레인 전극(223c)은 박막 트랜지스터(223)의 채널 영역을 사이에 두고 서로 이격되도록 액티브층(225) 상에 형성된다. 소오스 전극(223b)은 데이터 라인(222)과 연결되어 박막 트랜지스터(223)의 소오스 단자를 구성하며, 드레인 전극(223c)은 광전 변환부(230)와 연결되어 박막 트랜지스터(223)의 드레인 단자를 구성한다. 소오스 전극(223b) 및 드레인 전극(223c)은 데이터 라인(222)과 동일한 금속층으로부터 형성될 수 있다.
광전 변환부(230)는 게이트 라인(221)과 데이터 라인(222)에 둘러싸인 화소 영역에 형성된다. 광전 변환부(230)는 박막 트랜지스터(223)가 형성된 영역을 제외하고 화소 영역 전체에 걸쳐 형성된다.
광전 변환부(230)는 박막 트랜지스터(223)와 전기적으로 연결되는 하부 전극(231), 하부 전극(231) 상에 형성된 n형 실리콘층(232), n형 실리콘층(232) 상에 형성된 진성 실리콘층(233), 진성 실리콘층(233) 상에 형성된 p형 실리콘층(234) 및 p형 실리콘층(234) 상에 형성된 상부 전극(235)을 포함한다. 즉, 광전 변환부(230)는 하부 전극(231), n형 실리콘층(232), 진성 실리콘층(233), p형 실리콘층(234) 및 상부 전극(235)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
하부 전극(231)은 박막 트랜지스터(223)의 드레인 전극(223c)과 전기적으로 연결되어 있다. 하부 전극(231)은 예를 들어, 드레인 전극(223c)과 동일한 금속층으로부터 형성된다. 이와 달리, 하부 전극(231)은 ITO 등의 투명 도전막으로 형성되고, 그 일부가 드레인 전극(223c)과 전기적으로 연결된 구조를 가질 수 있다.
n형 실리콘층(232)은 하부 전극(231) 상에 형성된다. n형 실리콘층(232)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 n형 불순물이 도핑되어 있는 실리콘 물질로 형성될 수 있다. n형 실리콘층(232)은 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
진성 실리콘층(233)은 n형 실리콘층(232) 상에 형성된다. 진성 실리콘층(233)은 불순물을 포함하지 않는 실리콘 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 진성 실리콘층(233)은 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
p형 실리콘층(234)은 진성 실리콘층(233) 상에 형성된다. p형 실리콘층(234)은 붕소(B), 칼륨(K) 등의 p형 불순물이 도핑되어 있는 실리콘 물질로 형성될 수 있다. p형 실리콘층(234)은 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
상부 전극(235)는 p형 실리콘층(234) 상에 형성된다. 상부 전극(235)은 광이 투과될 수 있도록 투명한 도전성 물질로 형성된다. 예를 들어, 상부 전극(235)은 틴 옥사이드(tin oxide), 징크 옥사이드(zinc oxide), 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide) 등으로 형성될 수 있다.
한편, 광전 변환 기판(200)은 박막 트랜지스터부(220) 및 광전 변환부(230)를 커버하는 제2 절연막(240) 및 제2 절연막(240) 상에 형성된 바이어스 라인(250)을 더 포함할 수 있다.
제2 절연막(240)은 박막 트랜지스터부(220) 및 광전 변환부(230)를 보호하고 절연시키기 위한 절연막으로써, 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(SiNx) 또는 실리콘 옥사이드(SiOx) 등으로 형성될 수 있다.
바이어스 라인(250)은 광전 변환부(230)에 역바이어스를 인가하기 위한 것으로써, 예를 들어, 데이터 라인(222)과 동일한 방향으로 연장되도록 형성된다. 바이어스 라인(250)은 제2 절연막(240)에 형성된 컨택 홀(CNT)을 통해 광전 변환부(230)의 상부 전극(235)과 전기적으로 연결된다.
바이어스 라인(250)은 광전 변환부(230)의 개구율을 높이기 위하여 데이터 라인(222)과 적어도 일부가 중첩되게 형성될 수 있으며, 박막 트랜지스터(223)로 광이 유입되는 것을 방지하기 위하여 박막 트랜지스터(223)를 덮도록 형성될 수 있다.
보호막(110)은 바이어스 라인(250)이 형성된 광전 변환 기판(200)의 표면에 형성된다. 보호막(110)은 광전 변환 기판(200)과 신틸레이터층(120) 사이에 형성되어, 광전 변환 기판(200)에 형성된 물질과 신틸레이터층(120)을 형성하는 물질간의 상호 반응을 방지한다. 보호막(110)은 폴리이미드(polyimide) 등의 유기물이나, 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx), 실리콘 옥사이드(SiOx) 등의 무기물로 형성될 수 있다.
신틸레이터층(120)은 보호막(110) 상에 형성된다. 신틸레이터층(120)은 엑스레이 소오스(미도시)로부터 발생되어 피사체를 투과한 엑스레이를 광전 변환부(230)에서 흡수할 수 있는 파장대의 가시광, 예를 들어 녹색 파장대의 광으로 변환시킨다. 이를 위해, 신틸레이터층(120)은 엑스레이를 가시광으로 변환시키는 나노 입자들(122)을 포함한다. 신틸레이터층(120)은 예를 들어, 투명 수지(124) 내에 나노 입자들(122)이 혼합된 구조를 갖는다. 투명 수지(124)는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene TerePhthalate : PET)로 형성될 수 있다.
나노 입자(122)는 요드화 세슘(CsI) 등의 할로겐 화합물 또는 가돌리늄(gadolinium) 황산화물(GOS) 등의 산화물계 화합물을 포함할 수 있다.
소위 양자점(quantum dot)이라 불리우는 나노 입자(122)는 나노 크기의 반도체 물질로서 양자제한(quantum confinement) 효과를 나타내는 물질이다. 이러한 나노 입자(122)는 여기원으로부터 빛을 받아 에너지 여기 상태에 이르면, 자체적으 로 해당하는 에너지 밴드갭에 따른 에너지를 방출하게 된다. 또한, 나노 입자(122)는 자신이 내는 발광 파장보다 작은 모든 에너지를 흡수하여 발광 에너지원으로 사용할 수 있는 성질을 갖는다. 따라서 나노 입자(122)의 크기를 조절하게 되면 해당 밴드갭을 조절할 수 있게 되어 다양한 파장대의 에너지를 얻을 수 있게 된다.
한편, 신틸레이터층(120)에 의해 파장이 변환된 광은 광전 변환부(230)의 진성 실리콘층(233)에서 흡수되어 광전 효과를 일으키게 되는데, 진성 실리콘층(233)을 형성하는 물질에 따라 흡수하는 광의 파장대가 틀려지게 된다. 따라서, 나노 입자(122)의 크기에 따라 발광 파장이 변화되므로, 진성 실리콘층(233)에서 가장 흡수가 잘 되는 파장의 광을 발광할 수 있도록 나노 입자(122)의 크기를 조절하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 진성 실리콘층(233)이 비정질 실리콘인 경우, 비정질 실리콘은 약 520nm에서 최대 흡수율을 보이므로, 이와 유사한 파장대의 광을 발생시킬 수 있는 크기의 나노 입자(122)를 사용하는 것이 바람직하며, 진성 실리콘층(233)이 미세결정질 실리콘인 경우, 미세결정질 실리콘은 약 730nm에서 최대 흡수율을 보이므로, 이와 유사한 파장대의 광을 발생시킬 수 있는 크기의 나노 입자(122)를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 신틸레이터층(120)의 상부에는 반사막(130)이 형성될 수 있다. 나노 입자(122)에서 방출되는 가시광은 모든 방향으로 방출되므로, 반사막(130)은 나노 입자(122)에서 발생된 가시광 중 상부 방향으로 향하는 가시광을 광전 변환부(230)가 있는 하부 방향으로 반사시켜 광전 변환부(230)의 광전변환 효율을 향상시킨다. 반사막(130)은 예를 들어, 알루니늄(Al) 등의 반사율이 높은 금속으로 형성된다. 즉, 반사막(130)은 엑스레이는 투과시키고 가시광은 반사시킴으로써, 엑스레이 검출기(100)의 효율을 향상시킨다.
이러한 구성을 갖는 엑스레이 검출기(100)는 외부로부터 조사되는 엑스레이에 의해 광전 변환부(230)에서 생성되는 전자를 바이어스 전압을 인가하여 외부로 전달함으로써 광을 전기적인 신호로 변환하게 된다. 보다 구체적으로, 엑스레이 소오스에서 방출된 엑스레이가 피사체를 투과한 후 광전 변환 기판(200)의 상부에 형성된 신틸레이터층(120)에서 가시광으로 변환된다. 신틸레이터층(120)에서 변환된 광이 광전 변환부(230)의 진성 실리콘층(233)에 입사되면 실리콘(Si)이 해리되어 전자와 전공으로 분해된다. 이와 같이 해리된 상태에서 p형 실리콘층(234) 상에 형성된 상부 전극(235)에 네가티브 전압으로 바이어스를 걸어주면 전자가 n형 실리콘층(232) 방향으로 이동된다. n형 실리콘층(232)으로 이동된 전자는 박막 트랜지스터(223)의 드레인 전극(223c) 측에 축적되며, 이와 같이 드레인 전극(223c) 측에 축전된 전하는 박막 트랜지스터(223)의 턴온에 의해 데이터 라인(222)을 따라 리드 아웃(read out)된다. 이러한 방식으로 각 화소별로 리딩되는 신호는 광전류 단위의 아날로그 신호이다. 리딩된 아날로그 신호는 화소 단위별로 입사되는 광량에 따라 각각 다르게 나타나게 된다. 즉, 피사체를 투과하는 엑스레이는 피사체의 밀도에 따라 신틸레이터층(120)으로 입사되는 엑스레이 세기가 각각 다르게 나타난다. 따라서, 화소 별로 다르게 나타나는 아날로그 신호를 AD 컨버터를 통해 디지털화하여 최종적으로 모니터에 디지털 이미지를 구현하게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 광전 변환 기판(200)은 제2 절연막(240) 상에 형성된 유기막(260)을 더 포함할 수 있다.
유기막(260)은 제2 절연막(240)보다 두꺼운 두께로 형성되어, 광전 변환 기판(200)의 표면을 평탄화시키며, 바이어스 라인(250)과 데이터 라인(222)간의 이격 거리를 증가시켜 기생 커패시터를 큰 폭으로 감소시킬 수 있다.
한편, 바이어스 라인(250)은 유기막(260) 상에 형성되며, 유기막(260) 및 제2 절연막(240)에 형성된 컨택 홀(CNT)을 통해 광전 변환부(230)의 상부 전극(235)과 전기적으로 연결된다.
본 실시예에서, 광전 변환 기판(200)이 유기막(260)을 더 포함하는 것을 제외한 나머지 구성은 도 2에 도시된 것과 동일하므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 그와 관련된 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 유기막(260)의 표면에는 마이크로 렌즈 패턴(262)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈 패턴(262)은 광전 변환부(230)와 대응되는 위치에 형성된다.
유기막(260)의 표면에 형성된 마이크로 렌즈 패턴(262)은 신틸레이터층(120)에서 발생된 가시광을 광전 변환부(230) 방향으로 모아주는 역할을 수행한다. 이 에 따라, 광전 변환부(230)에 입사되는 광량이 증가되어 광전 변환부(230)의 광전 효율이 향상될 수 있다.
본 실시예에서, 유기막(260)의 표면에 마이크로 렌즈 패턴(262)이 형성되는 것을 제외한 나머지 구성은 도 3에 도시된 것과 동일하므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 그와 관련된 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출기의 제조 과정을 나타낸 공정도들이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 엑스레이 검출기(100)의 제조를 위해, 우선, 박막 트랜지스터부(220) 및 광전 변환부(230)를 포함하는 광전 변환 기판(200)을 형성한다.
박막 트랜지스터부(220)를 형성하기 위해, 기판(210) 상에 게이트 라인(221) 및 게이트 라인(221)과 전기적으로 연결되어 있는 게이트 전극(223a)을 포함하는 게이트 배선을 형성한다. 상기 게이트 배선은 스퍼터링 등의 방법을 통해 기판(210) 상에 게이트 금속막을 증착한 후, 노광 마스크를 이용한 사진식각공정을 통해 상기 게이트 금속막을 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 게이트 배선은 예를 들어, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 네오디뮴(Nd), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 게이트 배선은 상기한 단일 금속 또는 합금이 복수의 층으로 적층된 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 게이트 배선이 형성된 기판(210) 상에 제1 절연막(224)을 형성한다. 제1 절연막(224)은 상기 게이트 배선을 절연시키고 보호하기 위한 절연막으로써, 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(SiNx) 또는 실리콘 옥사이드(SiOx)로 형성될 수 있다.
이후, 제1 절연막(224) 상에 게이트 전극(223a)과 중첩되도록 액티브층(225)을 형성한다. 제1 절연막(224) 상에 반도체층(225a)을 형성하기 위한 반도체 박막 및 오믹 콘택층(225b)을 형성하기 위한 오믹 콘택 박막을 형성한 후, 이를 패터닝하여 반도체층(225a) 및 오믹 콘택층(225b)을 포함하는 액티브층(225)을 형성한다.
이후, 제1 절연막(224) 상에, 데이터 라인(222), 데이터 라인(222)과 연결되고 액티브층(225)의 상부까지 연장된 소오스 전극(223b) 및 액티브층(225) 상부에서 소오스 전극(223b)과 이격되고 하부 전극(231)과 연결되는 드레인 전극(223c)을 포함하는 데이터 배선을 형성한다. 상기 데이터 배선은 스퍼터링 등의 방법을 통해 액티브층(225)이 형성된 기판(210) 상에 데이터 금속막을 증착한 후, 노광 마스크를 이용한 사진식각공정을 통해 상기 데이터 금속막을 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 데이터 배선은 예를 들어, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 네오디뮴(Nd), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 데이터 배선은 상기한 단일 금속 또는 합금이 복수의 층으로 적층된 다층 구조로 형성될 수 있다.
한편, 상기 데이터 배선을 패터닝하기 위해 슬릿 마스크 또는 하프톤 마스크를 사용함으로써, 하나의 마스크를 이용하여 상기 데이터 배선과 함께 액티브 층(225)도 동시에 패터닝할 수 있다.
이후, 소오스 전극(223b)과 드레인 전극(223c) 사이에 해당하는 채널 영역의 오믹 콘택층(225b)을 제거하여 채널 영역의 반도체층(225a)을 노출시킨다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 박막 트랜지스터부(220)를 형성한 후, 박막 트랜지스터(223)의 드레인 전극(223c)과 연결되는 광전 변환부(230)를 형성한다.
광전 변환부(230)를 형성하기 위하여, 드레인 전극(223c)과 전기적으로 연결되는 하부 전극(231)을 형성한다. 광전 변환부(230)의 하부 전극(231)은 도 6에 도시된 바와 같이, 드레인 전극(223c)과 동일한 금속층으로부터 형성될 수 있다. 즉, 상기 데이터 배선을 형성하기 위한 상기 데이터 금속막의 패터닝 시, 드레인 전극(223c)과 연결된 하부 전극(231)을 동시에 형성할 수 있다. 이와 달리, 하부 전극(231)은 드레인 전극(223c)의 형성 전 또는 후에 드레인 전극(223c)과 전기적으로 연결되도록 ITO 등의 투명 도전막으로 형성될 수 있다.
이후, 하부 전극(231) 상에 n형 실리콘층(232), 진성 실리콘층(233) 및 p형 실리콘층(234)을 순차적으로 형성한다. 진성 실리콘층(233)은 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘으로 형성될 수 있다. n형 실리콘층(232), 진성 실리콘층(233) 및 p형 실리콘층(234)은 플라즈마 화학기상증착(PE-CVD) 공정을 통해 형성될 수 있다.
이후, p형 실리콘층(234) 상에 상부 전극(235)을 형성한다. 상부 전극(235)은 p형 실리콘층(234)이 형성된 기판(210) 상에 투명한 도전 물질로 이루어진 투명 도전막을 형성한 후, 상기 투명 도전막을 패터닝하여 형성할 수 있다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 광전 변환부(230)가 형성된 기판(210) 상에 박마가 트랜지스터부(220) 및 광전 변환부(230)를 커버하도록 제2 절연막(240)을 형성한다. 제2 절연막(240)은 박막 트랜지스터부(220) 및 광전 변환부(230)를 보호하고 절연시키기 위한 절연막으로써, 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(SiNx) 또는 실리콘 옥사이드(SiOx) 등으로 형성될 수 있다.
한편, 제2 절연막(240) 상부에 유기막(260)을 더 형성할 수 있다. 유기막(260)은 광전 변환 기판(200)의 평탄화와 기생 커패시터의 감소를 위하여 제2 절연막(240)보다 두꺼운 두께로 형성된다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 유기막(260)의 표면에 마이크로 렌즈 패턴(262)을 형성할 수 있다. 또한, 유기막(260) 및 제2 절연막(240)에 콘택 홀(CNT)을 형성할 수 있다.
콘택 홀(CNT)을 형성하기 위해 유기막(260) 및 제2 절연막(240)을 패터닝할 때 슬릿 마스크 또는 하프톤 마스크를 사용함으로써, 하나의 마스크를 이용하여 콘택 홀(CNT)과 함께 마이크로 렌즈 패턴(262)도 동시에 형성할 수 있다.
이후, 유기막(260) 상에 광전 변환부(230)와 전기적으로 연결되는 바이어스 라인(250)을 형성한다. 바이어스 라인(250)은 광전 변환부(230)에 역바이어스를 인가하기 위한 것으로써, 제2 절연막(240) 및 유기막(260)에 형성된 컨택 홀(CNT)을 통해 광전 변환부(230)의 상부 전극(235)과 전기적으로 연결된다. 한편, 바이어스 라인(250)은 제2 절연막(240) 상에 바로 형성될 수도 있다.
바이어스 라인(250)은 광전 변환부(230)의 개구율을 높이기 위하여 데이터 라인(222)과 적어도 일부가 중첩되게 형성될 수 있으며, 박막 트랜지스터(223)로 광이 유입되는 것을 방지하기 위하여 박막 트랜지스터(223)를 커버하도록 형성될 수 있다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 바이어스 라인(250)이 형성된 광전 변환 기판(200)의 표면에 보호막(110)을 형성한다. 보호막(110)은 광전 변환 기판(200)을 신틸레이터층(120)으로부터 보호하기 위한 막으로써, 폴리이미드(polyimide) 등의 유기물이나, 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx), 실리콘 옥사이드(SiOx) 등의 무기물로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 보호막(110) 상에 신틸레이터층(120)을 형성한다. 신틸레이터층(120)은 외부로부터 입사되는 엑스레이를 가시광으로 변환시키기 위한 나노 입자들(122)을 포함한다. 신틸레이터층(120)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 투명 수지(124) 내에 나노 입자들(122)이 혼합되어 있는 구조를 가질 수 있다. 나노 입자(122)는 요드화 세슘(CsI) 등의 할로겐 화합물 또는 가돌리늄(gadolinium) 황산화물(GOS) 등의 산화물계 화합물을 포함할 수 있다.
따라서, 외부의 엑스레이 소오스로부터 발생되어 피사체를 투과한 엑스레이는 신틸레이터층(120)에서 광전 변환부(230)에서 흡수될 수 있는 파장대의 가시광으로 변환된다.
한편, 신틸레이터층(120)의 상부에 반사막(130)을 형성할 수 있다. 나노 입자(122)에서 방출되는 가시광은 모든 방향으로 방출되므로, 반사막(130)은 나노 입자(122)에서 발생된 가시광 중 상부 방향으로 향하는 가시광을 광전 변환부(230)가 있는 하부 방향으로 반사시켜 광전 변환부(230)의 광전변환 효율을 향상시킨다. 반사막(130)은 예를 들어, 알루니늄(Al) 등의 반사율이 높은 금속으로 형성할 수 있다. 따라서, 반사막(130)은 엑스레이는 투과시키고 가시광은 반사시킴으로써, 엑스레이 검출기(100)의 효율을 향상시킨다.
상술한 바와 같은 엑스레이 검출기 및 이의 제조 방법에 따르면, 엑스레이를 가시광으로 변환시키는 나노 입자를 갖는 신틸레이터층을 사용함으로써, 엑스레이 검출기의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 광전 변환부의 상부에 형성되는 유기막의 표면에 마이크로 렌즈 패턴을 형성함으로써, 광전 변환부로 입사되는 광량을 증가시켜 광전 효율을 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범상부 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출기를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출기의 제조 과정을 나타낸 공정도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 엑스레이 검출기 110 : 보호막
120 : 신틸레이터층 122 : 나노 입자
124 : 투명 수지 130 : 반사막
200 : 광전 변환 기판 220 : 박막 트랜지스터부
221 : 게이트 라인 222 : 데이터 라인
223 : 박막 트랜지스터 230 : 광전 변환부
231 : 하부 전극 232 : n형 실리콘층
233 : 진성 실리콘층 234 : p형 실리콘층
235 : 상부 전극 240 : 제2 절연막
250 : 바이어스 라인 260 : 유기막
262 : 마이크로 렌즈 패턴
Claims (18)
- 박막 트랜지스터부 및 광전 변환부가 형성된 광전 변환 기판;상기 광전 변환 기판의 표면에 형성된 보호막;상기 보호막 상에 형성되며, 외부로부터 입사되는 엑스레이(X-ray)를 가시광으로 변환시키는 나노 입자들을 갖는 신틸레이터층; 및상기 신틸레이터층의 상부에 형성된 반사막을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기.
- 제1항에 있어서,상기 신틸레이터층은 투명 수지 내에 상기 나노 입자들이 혼합된 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기.
- 제1항에 있어서,상기 나노 입자는 요드화 세슘(CsI) 또는 가돌리늄 황산화물(GOS)을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기.
- 제1항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터부는,게이트 라인;제1 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인; 및상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 둘러싸인 화소 영역에 형성되어 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결되는 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기.
- 제4항에 있어서, 상기 광전 변환부는,상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 하부 전극;상기 하부 전극 상에 형성된 n형 실리콘층;상기 n형 실리콘층 상에 형성된 진성 실리콘층;상기 진성 실리콘층 상에 형성된 p형 실리콘층; 및상기 p형 실리콘층 상에 형성된 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기.
- 제5항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는,상기 게이트 라인과 연결된 게이트 전극;상기 제1 절연막의 상부에 상기 게이트 전극과 중첩되도록 형성된 액티브층;상기 데이터 라인과 연결되고 상기 액티브층의 상부까지 연장된 소오스 전극; 및상기 액티브층 상부에서 상기 소오스 전극과 이격되고, 상기 하부 전극과 전기적으로 연결된 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기.
- 제5항에 있어서, 상기 광전 변환 기판은,상기 박막 트랜지스터부 및 상기 광전 변환부를 커버하는 제2 절연막; 및상기 제2 절연막 상에 형성되며, 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되는 바이어스 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기.
- 제7항에 있어서, 상기 광전 변환 기판은,상기 제2 절연막 상에 형성된 유기막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기.
- 제8항에 있어서,상기 유기막의 표면에는 마이크로 렌즈 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기.
- 삭제
- 박막 트랜지스터부 및 광전 변환부를 포함하는 광전 변환 기판을 형성하는 단계;상기 광전 변환 기판의 표면에 보호막을 형성하는 단계;상기 보호막 상에, 외부로부터 입사되는 엑스레이(X-ray)를 가시광으로 변환시키는 나노 입자들을 갖는 신틸레이터층을 형성하는 단계; 및상기 신틸레이터층의 상부에 반사막을 형성하는 단계를 포함하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,상기 나노 입자는 요드화 세슘(CsI) 또는 가돌리늄 황산화물(GOS)을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 광전 변환 기판을 형성하는 단계는,게이트 라인, 제1 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인, 및 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터를 포함하는 상기 박막 트랜지스터부를 형성하는 단계; 및상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되고, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 둘러싸인 화소 영역에 형성되는 상기 광전 변환부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 광전 변환부를 형성하는 단계는,상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 하부 전극을 형성하는 단계;상기 하부 전극 상에 n형 실리콘층을 형성하는 단계;상기 n형 실리콘층 상에 진성 실리콘층을 형성하는 단계;상기 진성 실리콘층 상에 p형 실리콘층을 형성하는 단계;상기 p형 실리콘층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 광전 변환 기판을 형성하는 단계는,상기 박막 트랜지스터부 및 상기 광전 변환부를 커버하는 제2 절연막을 형성하는 단계; 및상기 제2 절연막 상에 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되는 바이어스 라인을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 광전 변환 기판을 형성하는 단계는,상기 제2 절연막 상에 유기막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제16항에 있어서,상기 유기막의 표면에 마이크로 렌즈 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 삭제
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